第3章有机合成及其应用 合成高分子化合物
第2节 有机化合物结构的测定
课后篇素养形成
夯实基础轻松达标
1.下列说法正确的是( )
A.质谱法可以测定分子的化学键
B.红外光谱可以测定分子的相对分子质量
C.核磁共振氢谱法可以测定有机化合物分子有几种不同的氢原子
D.质谱法可测定有机化合物分子中的官能团
答案C
解析质谱图中的质荷比最大值为该物质的相对分子质量,所以质谱法可以测定有机化合物的相对分子质量,故A错误;红外光谱图常用来测定分子中含有化学键或官能团的信息,不能测定相对分子质量,故B错误;核磁共振氢谱图用来测定有机化合物分子中不同类型的氢原子及它们的数目之比,故C正确;质谱图只能测定有机化合物分子的相对分子质量,故D错误。
2.可以用来鉴别乙酸、葡萄糖、淀粉这三者的水溶液的物质是( )
A.水
B.NaOH
C.新制Cu(OH)2悬浊液
D.石蕊溶液
答案C
解析乙酸可以使新制Cu(OH)2悬浊液溶解生成蓝色溶液,葡萄糖在加热条件下可以与新制Cu(OH)2悬浊液反应生成砖红色沉淀,淀粉遇新制Cu(OH)2悬浊液无明显变化。
3.某有机化合物A的质谱图如图1,核磁共振氢谱图如图2,则A的结构简式可能为( )
A.CH3CH2OH
B.CH3CHO
C.HCOOH
D.CH3CH2COOH
答案A
解析由图1可知此有机化合物的最大质荷比为46,故其相对分子质量为46,由图2可知该有机化合物A中存在三种不同化学环境的H原子,且原子个数之比为3∶2∶1,只有乙醇符合题意。
4.(2020北京师大附中高二期中)分子式为C5H7Cl的有机化合物,其结构不可能是( )
A.只含有1个双键的直链有机化合物
B.含2个双键的直链有机化合物
C.含1个双键的环状有机化合物
D.含一个三键的直链有机化合物
答案A
解析分子式为C5H7Cl的有机化合物的不饱和度为2,故有两个双键或1个双键和一个环或有一个三键,故其结构不可能是A。
5.(2020黑龙江鹤岗第一中学高二期末)将有机化合物完全燃烧生成CO2和H2O。将12
g该有机化合物完全燃烧的产物通过浓硫酸,浓硫酸增重14.4
g,再通过碱石灰,碱石灰增重26.4
g。则该有机化合物的分子式为
( )
A.C4H10
B.C2H6O
C.C3H8O
D.C3H8
答案C
解析浓硫酸吸收水14.4
g,即0.8
mol,碱石灰吸收二氧化碳26.4
g,即0.6
mol。12
g该有机化合物含有1.6
mol
H、0.6
mol
C,则还含有O元素的质量为(12-1.6-0.6×12)
g=3.2
g,即含0.2
mol氧原子,C、H、O原子数之比为3∶8∶1,则该有机物的分子式为C3H8O。
6.(2020浙江宁波余姚中学高二期中)现代化学测定有机化合物组成及结构的分析方法较多。下列有关说法正确的是( )
A.元素分析仪不仅可以测出试样常见的组成元素及含量,还可以测定其分子的空间结构
B.的核磁共振氢谱中有4组峰,其峰面积之比为1∶2∶2∶3
C.通过红外线光谱图分析可以区分乙醇和乙酸乙酯
D.质谱法不属于测定有机化合物组成和结构的现代分析方法
答案C
解析元素分析仪可帮助人们确定有机化合物的元素组成,但不能确定分子结构,A错误;的核磁共振氢谱中有5种氢原子,其比值为2∶4∶4∶1∶3,B错误;红外光谱可以确定物质中的化学键和官能团,乙醇和乙酸乙酯中的化学键、官能团不同,则通过红外光谱分析可以区分,C正确;质谱法可以测定有机化合物的相对分子质量,D错误。
7.(2020重庆九校联盟高二联考)X、Y两种有机化合物的分子式不同,但均含有C、H或C、H、O,将X、Y以任意比例混合,只要物质的量之和不变,完全燃烧时所消耗的氧气量和生成水的物质的量也分别不变。则下列有关判断正确的是( )
A.X、Y分子式中氢原子数不一定要相同,碳原子数必定不同
B.若X为CH4,则相对分子质量最小的Y是甲醇
C.若X为CH4,则相对分子质量最小的Y是乙二醇
D.X、Y的化学式应含有相同的氢原子数,且相差n个碳原子,同时相差2n个氧原子(n为正整数)
答案D
解析有机化合物完全燃烧生成的是二氧化碳与水,一个碳原子要结合两个氧原子。根据题意分析,当相差n个碳原子时,应同时相差2n个氧原子,因此D项正确。
8.人在做剧烈运动后,有一段时间腿和胳膊会有酸胀和疼痛的感觉。原因之一是C6H12O6(葡萄糖)在运动过程中转化为C3H6O3(乳酸)。4.5
g乳酸与足量的钠反应,在标准状况下可得气体1
120
mL。9
g乳酸与相同质量的甲醇反应,生成0.1
mol乳酸甲酯和1.8
g
水。乳酸被氧化时得。则乳酸的结构简式是
( )
A.HOCH2CH2COOH
B.HOCH2CH(OH)COOH
C.CH3OCH2COOH
D.CH3CH(OH)COOH
答案D
解析乳酸(C3H6O3)的相对分子质量为90。4.5
g乳酸(0.05
mol)与Na反应得到0.05
mol
H2,说明1分子乳酸中有2个H被Na所替代;0.1
mol乳酸与甲醇反应生成0.1
mol乳酸甲酯和0.1
mol
H2O,说明乳酸分子中只有1个羧基。乳酸氧化后的物质为,则另一个官能团必定是羟基,所以乳酸的结构简式为。
9.(2020安徽潜山第二中学高二月考)根据研究有机化合物的步骤和方法,填写下列空格:
实验步骤
解释或实验结论
测得A的蒸气密度是相同状况下甲烷的4.375倍,试通过计算填空
(1)A的相对分子质量为 ?
续 表
实验步骤
解释或实验结论
将5.6
g
A在足量纯O2中充分燃烧,并使其产物依次缓缓通过浓硫酸、碱石灰,发现两者分别增重7.2
g和17.6
g
(2)A的实验式是 ;?
(3)A的分子式为 ?
将A通入溴水中,溴水褪色
(4)说明A属于 类(若溴水不褪色,则A属于 类)?
A的核磁共振氢谱如图:
(5)综上所述,A的结构简式为 ?
答案(1)70 (2)CH2
(3)C5H10
(4)烯烃 环烷烃
(5)CH2CH—CH(CH3)2
解析(1)相同条件下,气体的相对分子质量之比等于密度之比,所以有机化合物A的摩尔质量为16
g·mol-1×4.375=70
g·mol-1,即A的相对分子质量为70。
(2)浓硫酸增重7.2
g,则n(H2O)=7.2
g÷18
g·mol-1=0.4
mol,所含有n(H)=0.8
mol,碱石灰增重17.6
g,则n(CO2)=17.6
g÷44
g·mol-1=0.4
mol,所以n(C)=0.4
mol,m(C)+m(H)=0.4
mol×12
g·mol-1+0.8
mol×1
g·mol-1=5.6
g,故A不含氧元素,A分子中C、H原子数目之比=0.4∶0.8=1∶2,故其实验式为CH2,设A的分子式为(CH2)x,则14x=70,故x=5,则A的分子式为C5H10。
(3)A的分子式为C5H10,将A通入溴水中,溴水褪色,说明A分子中含有1个CC双键,属于烯烃;若溴水不褪色,则A属于环烷烃。
(4)核磁共振氢谱中有4组吸收峰,面积之比为1∶1∶2∶6,即有机化合物A中有4种H原子,数目之比为1∶1∶2∶6,有机化合物A含有2个甲基,则A的结构简式为(CH3)2CHCHCH2。
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1.某羧酸酯的分子式为C16H22O5,1
mol该酯完全水解可得到1
mol羧酸和2
mol乙醇,该羧酸的分子式为
( )
A.C12H6O5
B.C12H18O5
C.C12H12O4
D.C12H14O5
答案D
解析某羧酸酯的分子式为C16H22O5,1
mol该酯完全水解可得到1
mol羧酸和2
mol乙醇,说明酯中含有2个酯基,设羧酸为M,则反应的方程式为C16H22O5+2H2OM+2C2H6O,由质量守恒可知M的分子式为C12H14O5。
2.(双选)(2020北京朝阳高二期末)某有机化合物X对氢气的相对密度为30,分子中含碳40%,含氢6.7%,其余为氧,X可与碳酸氢钠反应。下列关于X的说法不正确的是( )
A.X的相对分子质量为60
B.X的分子式为C2H6O2
C.X的结构简式为CH3COOH
D.X有3种同分异构体
答案BD
解析有机化合物X对氢气的相对密度为30,则该有机化合物的相对分子质量为60,A正确;分子中含碳40%,含氢6.7%,其余为氧,则C的个数为=2,H的个数为=4,O的个数为=2,故X的分子式为C2H4O2,B错误;X的分子式为C2H4O2,且X可以和NaHCO3反应,故X的结构简式为CH3COOH,C正确;X的同分异构体有CH3OOCH、HOCH2CHO,共2种,D错误。
3.(2020江西南昌第二中学高二期末)某苯的同系物分子式为C11H16,经测定数据表明,分子中除苯环外不再含其他环状结构,分子中还含有两个—CH3,两个—CH2—和一个,则该分子由碳链异构体所形成的同分异构体有( )
A.3种
B.4种
C.5种
D.6种
答案B
解析C11H16的不饱和度为=4,C11H16分子中除苯环外不含其他环状结构,苯环的不饱和度为4,所以C11H16分子中含有1个苯环,侧链为烷基,C11H16分子中存在一个次甲基,由于C11H16中含两个甲基,所以满足条件的结构中苯环上只有一个侧链,则满足条件的同分异构体有、、、。
4.(2020江西南昌第二中学高二期末)某有机化合物A由C、H、O三种元素组成,相对分子质量为90。将4.5
g
A完全燃烧的产物依次通过足量的浓硫酸和碱石灰,分别增重2.7
g和6.6
g。A能与NaHCO3溶液产生CO2,且两分子A之间脱水可生成六元环状化合物。有关A的说法正确的是( )
A.有机化合物A的分子式为C3H8O3
B.0.1
mol
A与足量Na反应生成2.24
L
H2
C.A催化氧化的产物不能发生银镜反应
D.A能在一定条件下发生缩聚反应生成
答案C
解析n(A)=4.5
g÷90
g·mol-1=0.05
mol;燃烧后产生的各物质的物质的量分别是n(H2O)=2.7
g÷18
g·mol-1=0.15
mol,n(CO2)=6.6
g÷44
g·mol-1=0.15
mol,则一个分子中的碳原子数是3,氢原子数是6,氧原子数是(90-12×3-1×6)÷16=3,因此该物质的分子式是C3H6O3,A项错误;A能与NaHCO3溶液发生反应,说明A分子中含羧基,由于2分子A之间脱水可生成六元环化合物,则A是2-羟基丙酸,即,因为一个分子中含有一个羧基、一个羟基,羧基和羟基都能与金属钠发生反应,因此0.1
mol
A与足量Na反应产生标准状况下的H2
2.24
L,B错误;由于A中的羟基连接的C原子上只含有一个H原子,所以催化氧化的产物是酮,不能发生银镜反应,C正确;A在一定条件下发生缩聚反应的产物是,故D错误。
5.(2020河北隆化存瑞中学高二质检)含苯环的酯类化合物A、B互为同分异构体,均含C、H、O三种元素。相同状况下,A、B的蒸气对氢气的相对密度是97,分子中C、H原子个数相同,且C、H原子个数之和是氧原子数的5倍。
已知:各有机化合物间存在如下转化关系:
其中C能发生银镜反应,F经连续氧化可生成C;C与D是相对分子质量相同的不同类有机化合物。
(1)A的分子式是 。?
(2)E中所含官能团的名称是 ;完全燃烧时,1
mol
D与1
mol下列 (填字母)的耗氧量相同。?
a.C3H6O3
b.C3H8O
c.C2H4
d.C2H6O2
(3)写出水杨酸与小苏打反应的化学方程式: 。写出C与F反应的化学方程式: 。?
(4)同时符合下列要求的同分异构体有 种。?
①与A互为同分异构体;
②能发生水解反应;
③苯环上有两个取代基,且苯环上的一氯代物只有1种。
(5)上述(4)中的一种有机化合物X还能发生银镜反应,写出其结构简式: 。?
答案(1)C10H10O4 (2)羧基 ac
(3)+NaHCO3
+CO2↑+H2O CH3OH+HCOOHHCOOCH3+H2O
(4)3 (5)
解析由题意可知酯类化合物A、B中一定有苯环,且A、B蒸气对氢气的相对密度是97,则A、B的相对分子质量是194,分子中C、H原子个数相同,且C、H原子总数是氧原子数的5倍,则分子式一定是C10H10O4,结合转化关系可知,符合题意的A、B是和,含有醛基的物质能发生银镜反应,则C是甲酸,D为乙醇,F经连续氧化可生成C,所以F是甲醇,则E是CH3COOH。根据上述推断可知A是,B是。
(1)A的结构简式是,A的分子式是C10H10O4。
(2)E的结构简式是CH3COOH,分子中含有的官能团名称为羧基。D是乙醇,完全燃烧反应的化学方程式为CH3CH2OH+3O22CO2+3H2O,完全燃烧1
mol乙醇消耗氧气的物质的量是3
mol;1
mol
C3H6O3完全燃烧消耗3
mol
O2,a符合题意;1
mol
C3H8O完全燃烧消耗3.5
mol
O2,b不符合题意;1
mol
C2H4完全燃烧消耗3
mol
O2,c符合题意;1
mol
C2H6O2完全燃烧消耗2.5
mol
O2,d不符合题意。
(3)水杨酸分子中含有羧基,可以与NaHCO3发生反应,该反应的化学方程式为+NaHCO3+CO2↑+H2O;C是甲酸,F是甲醇,二者在浓硫酸存在并加热时发生酯化反应,生成甲酸甲酯和水,则C与F反应的化学方程式为CH3OH+HCOOHHCOOCH3+H2O。
(4)与A互为同分异构体,可以水解说明含有酯基,苯环上有两个取代基,且苯环上的一氯代物只有1种,证明苯环上的氢原子等效,这样的A的同分异构体有、、,故共有3种同分异构体。
(5)上述(4)中的一种有机化合物X还能发生银镜反应,则该有机化合物中含有醛基,其结构简式为。
贴近生活拓展创新
化合物A(C11H8O4)在氢氧化钠溶液中加热反应后再酸化可得到化合物B和C。
回答下列问题:
(1)B的分子式为C2H4O2,分子中只有一个官能团。则B的结构简式是 ,B与乙醇在浓硫酸催化下加热反应生成D,该反应的化学方程式是 ,该反应的类型是 ;写出两种能发生银镜反应的B的同分异构体的结构简式: 。?
(2)C是含苯环的化合物,相对分子质量为180,其中碳的质量分数为60.0%,氢的质量分数为4.4%,其余为氧,则C的分子式是 。?
(3)已知C的苯环上有三个取代基,其中一个取代基无支链,且含有能使溴的四氯化碳溶液褪色的官能团及能与碳酸氢钠溶液反应放出气体的官能团,则该取代基上的官能团名称是 。另外两个取代基相同,分别位于该取代基的邻位和对位,则C的结构简式是 。?
(4)A的结构简式是 。?
答案(1)CH3COOH CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOCH2CH3+H2O 酯化反应(或取代反应) HCOOCH3、HOCH2CHO
(2)C9H8O4 (3)碳碳双键、羧基
(4)
解析(1)由题意可推知,B中的官能团为羧基,B的结构简式为CH3COOH。CH3COOH与乙醇在浓硫酸催化下加热,发生酯化反应生成乙酸乙酯:CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOCH2CH3+H2O。羧酸与同碳原子的酯和羟基醛属于同分异构体,故CH3COOH的同分异构体中能发生银镜反应的为HCOOCH3、HOCH2CHO。
(2)N(C)==9,N(H)=≈8,N(O)=≈4,则C的分子式为C9H8O4。
(3)C的三个取代基中,其中一个取代基无支链,且含有能使溴的四氯化碳溶液褪色的官能团及能与碳酸氢钠溶液反应放出气体的官能团,说明该取代基中含有碳碳双键和羧基,即该取代基为—CHCH—COOH。根据C的分子式可进一步推知,C的另外两个相同的取代基应为羟基,分别位于该取代基的邻位和对位,符合要求的C的结构简式为。
(4)结合A的反应、A的分子式及B和C的结构简式可知,A的结构简式为。(共66张PPT)
第2节 有机化合物结构的测定
1.了解有机化合物结构测定的一般步骤和程序,能进行确定有机化合物分子式的简单计算,形成宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。
2.能利用官能团的化学检验方法鉴定官能团,培养科学探究与创新意识的化学学科核心素养。
3.初步了解一些测定有机化合物结构的现代手段。懂得有机化合物结构测定是有机化合物合成的重要环节,培养科学态度与社会责任的化学学科核心素养。
必备知识
正误判断
一、有机化合物分子式的确定
1.测定有机化合物结构的流程
测定有机化合物结构的核心步骤是确定其分子式以及检测分子中所含的官能团及其在碳骨架上的位置。
必备知识
正误判断
2.元素组成的测定方法及步骤
必备知识
正误判断
3.测定有机化合物的相对分子质量
(1)可根据具体情况选择下面三个公式中的一个来确定。
Mr=
,Mr=22.4ρ标,Mr(A)=DMr(B)(D为A对B的相对密度)
(2)质谱法。
质谱法是一种仅用几微克的样品就可以准确测出有机化合物的相对分子质量的方法,是目前常用的测定有机化合物相对分子质量的方法之一。
必备知识
正误判断
4.有机化合物分子式的确定
必备知识
正误判断
二、有机化合物结构式的确定
必备知识
正误判断
1.有机化合物分子不饱和度的计算
若有卤素原子,则视为氢原子;若有氧原子,则不予考虑;若有氮原子,则在氢原子总数中减去氮原子数。
(2)常见几种官能团的不饱和度:
化学键
不饱和度
?
化学键
不饱和度
一个碳碳双键
1
一个碳碳三键
2
一个羰基
1
一个苯环
4
一个脂环
1
一个氰基
2
必备知识
正误判断
2.确定有机化合物的官能团
(1)常见官能团的实验推断方法。
试剂
判断依据
可能的官能团
溴的四氯化碳溶液
橙红色溶液褪色
碳碳双键或碳碳三键
酸性KMnO4溶液
紫色溶液褪色
NaOH溶液(加热)、稀硝酸、AgNO3溶液
有沉淀产生
卤素原子
钠
有氢气放出
醇羟基
FeCl3溶液
显色
酚羟基
溴水
有白色沉淀产生
银氨溶液(水浴)
有银镜生成
醛基
新制氢氧化铜悬浊液(加热)
有砖红色沉淀产生
NaHCO3溶液
有二氧化碳气体放出
羧基
必备知识
正误判断
(2)物理方法:通过红外光谱(IR)及核磁共振(NMR)等能快速准确地确定有机化合物分子的结构。
必备知识
正误判断
3.案例:某种医用胶的结构确定
(1)确定分子式
①计算原子的物质的量:已知某种医用胶单体(含C、H、O、N四种元素)的样品质量为30.6
g,燃烧后实验测得生成70.4
g
CO2、19.8
g
H2O及2.24
L
N2(已换算为标准状况)。
必备知识
正误判断
②确定实验式:N(C)∶N(H)∶N(N)∶N(O)=8∶11∶1∶2,则实验式为C8H11NO2。
③确定分子式:由质谱分析法测定出该样品的相对分子质量为153.0,结合该物质的相对分子质量,可知其实验式就是化学式。
必备知识
正误判断
(2)推导结构式
①用化学方法推断官能团的种类。
加入(NH4)2Fe(SO4)2溶液、硫酸及KOH的甲醇溶液,无现象,说明样品分子中无硝基。
加入溴的四氯化碳溶液,橙红色溶液褪色。
加入强碱水溶液并加热,有氨气放出,说明样品分子中含有氨基。
②推测样品分子的碳骨架结构和官能团在碳链上的位置。
结合样品分子的核磁共振氢谱图和核磁共振碳谱图,可推测样品分子的官能团在碳链上的位置。
③确定结构简式。
综上所述,医用胶单体的结构简式为
必备知识
正误判断
判断下列说法是否正确,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)红外光谱可以测量出化学键或官能团的种类,但不能测出化学键或官能团的个数。( )
(2)核磁共振氢谱中吸收峰的数目代表的是氢原子的种类而非氢原子的个数。( )
(3)有机化合物的天然提取和人工合成往往得到的是混合物,研究有机混合物,一般要采取的几个步骤是:分离、提纯→确定实验式→确定化学式→确定结构式。( )
(4)某有机化合物在氧气中充分燃烧,生成的CO2和H2O的物质的量之比为1∶2,分子中一定含有氧原子。( )
(5)鉴别二甲醚和乙醇可采用质谱法。( )
提示:(1)√ (2)√ (3)√ (4)× (5)×
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
确定有机化合物的元素组成及分子式
问题探究
1.
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
(1)如何判断有机化合物是否含有C、H、O等元素?如何通过实验进行检测?
提示:
将产物通过无水硫酸铜、石灰水等检测水、二氧化碳等物质的生成,再结合有机化合物总质量,确定是否含有氧等其他元素。
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
(2)如何进一步确定该有机化合物中各元素的质量分数及其实验式?
提示:利用氧化产物吸收法确定有机化合物实验式:
测定浓硫酸(吸收水)、碱石灰(吸收二氧化碳)等物质质量的变化。
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
2.如何计算有机化合物的相对分子质量?
提示:相对分子质量在数值上与其摩尔质量相等,所以可用计算摩尔质量的方法计算相对分子质量。
(2)M=22.4ρ(ρ为标准状况下气体密度);
(3)M=D相对·Mr;
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
3.实验式和分子式有何异同?
提示:实验式(最简式)只是说明了物质中元素原子的物质的量之比,分子式说明了物质分子的具体组成;二者中各元素的百分比一定相同,可能不同的是原子的个数,但有些物质的实验式和分子式相同,如CH4。
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
深化拓展
确定有机化合物分子式的一般途径
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
(1)由分子中各元素质量分数及相对分子质量确定分子式。
解法1:分子中各元素原子个数为:
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
(2)由燃烧前后反应物和生成物的质量及相对分子质量确定分子式。
设有机化合物分子式为CxHyOz,写出燃烧通式:
列比例式后求出x、y,再结合相对分子质量求出z。
(3)根据有机化合物的相对分子质量和通式确定分子式。
首先确定有机化合物的类别,写出其分子通式,如烷烃的通式为CnH2n+2,饱和一元醇的通式为CnH2n+1OH……然后结合相对分子质量求出n值。
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
(4)根据分子的平均组成及分子组成的通式确定分子式。
此法适用于混合物组成成分的推导。先求得混合物的平均组成CaHbOc(a、b、c不一定是正整数),若由两种物质组成,则该两种物质中C、H、O原子个数与平均组成中的a、b、c相比,应满足一大一小或均相等的条件。
(5)根据有机化合物的相对分子质量,利用商余法确定烃的分子式(商余法只适用于求烃的分子式)。
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例1有机化合物A的相对分子质量大于110,小于150。经分析得知,其中C和H的质量分数之和为52.24%,其余为O。请回答:
(1)该化合物分子中含有 个氧原子。?
(2)该化合物的摩尔质量是 。?
(3)该化合物的分子式为 。?
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
答案:
(1)4 (2)134
g·mol-1
(3)C5H10O4
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
变式训练1燃烧3
g某有机化合物生成0.1
mol
CO2和1.8
g
H2O,该有机化合物的蒸气对H2的相对密度为30,则该有机化合物的化学式为( )
A.C2H4
B.C3H8O2
C.C2H6O
D.C2H4O2
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
答案:D
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
确定有机化合物的结构式
问题探究
某有机化合物中各元素的质量分数是含碳为54.5%、含氢为9.1%,其余为氧。用质谱法分析得知该有机化合物的相对分子质量为88。
1.写出该有机化合物的分子式。
探究一
探究二
探究三
素养脉络
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2.若该有机化合物在水溶液中呈酸性,且结构中不含支链,求其核磁共振氢谱峰面积之比。
提示:若该有机化合物在水溶液中呈酸性,根据分子式C4H8O2可知,该有机化合物为饱和一元羧酸,且结构中不含支链,则为CH3CH2CH2COOH,其核磁共振氢谱峰面积之比为3∶2∶2∶1。
探究一
探究二
探究三
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3.实验测得该物质不能发生银镜反应,该有机化合物分子的红外光谱图(省略了相关数据)如下:
试推断该有机化合物的结构简式。
提示:该物质不能发生银镜反应,则不含醛基,根据红外光谱可知,该有机化合物含有不对称的—CH3、C==O、C—O—C,该有机化合物的结构简式可能是CH3COOCH2CH3、CH3CH2COOCH3、CH3COCH2OCH3。
探究一
探究二
探究三
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深化拓展
确定有机化合物结构式的方法
(1)由分子式确定有机化合物结构式的一般步骤
其结构式的确定过程可表示如下:
探究一
探究二
探究三
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(2)由分子式确定结构式的方法
有机化合物结构的测定,过去常通过利用有机化合物的化学性质,确定分子中所含的官能团,再确定其所在的位置,现代化学测定有机化合物的结构可用现代化的物理方法。
①化学法确定有机化合物的官能团
官能团决定有机化合物的特殊化学性质,通过一些特殊的化学反应和反应的实验现象,我们可以确定有机化合物中含有何种官能团。
探究一
探究二
探究三
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d.能发生银镜反应或能与新制的Cu(OH)2悬浊液反应的有机化合物必含有“—CHO”。
探究一
探究二
探究三
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e.能与钠反应放出H2的有机化合物必含有“—OH”或“—COOH”。
f.能与Na2CO3或NaHCO3溶液反应放出CO2或使石蕊溶液变红的有机化合物中必含有—COOH。
g.能发生消去反应的有机化合物为醇或卤代烃。
h.能发生水解反应的有机化合物为卤代烃、酯、糖或蛋白质。
i.遇FeCl3溶液显紫色的有机化合物必含有酚羟基。
j.能发生连续氧化的有机化合物是伯醇,即具有“—CH2OH”的醇。
“—CH2OH”的醇,B是相应的醛,C是相应的酸。
探究一
探究二
探究三
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②仪器法测定有机化合物的碳骨架和官能团
现代化学测定有机化合物结构的方法比较多,经常采用红外光谱和核磁共振氢谱来确定碳骨架的结构和官能团。
a.红外光谱(CH3CH2OH)
探究一
探究二
探究三
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b.核磁共振氢谱
下图是分子式为(C2H6O)的两种同分异构体的核磁共振氢谱。
探究一
探究二
探究三
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素能应用
典例2(2020安徽太和中学高二月考)肉桂酸甲酯(H)是常用于调制具有草莓、葡萄、樱桃、香子兰等香味的食用香精。它的分子式为C10H10O2,且分子中只含有一个苯环,苯环上只有一个取代基。利用红外光谱仪可初步检测有机化合物中的某些基团,现测得H分子的红外光谱如图所示:
探究一
探究二
探究三
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试回答下列问题:
(1)肉桂酸甲酯(H)的结构简式为 。?
(2)现测出A的核磁共振氢谱图有6组峰,且面积之比为1∶2∶2∶2∶1∶2。用芳香烃A为原料合成H的路线如下(部分反应物和反应条件已略去):
探究一
探究二
探究三
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①F→G的反应类型是 。?
②写出下列反应的化学方程式:F→I 。?
③F的同分异构体较多,其中有一类可用通式
表示(其中X、Y均不为氢原子),试写出符合上述通式且能发生银镜反应的四种物质的结构简式: 。?
探究一
探究二
探究三
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探究一
探究二
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探究一
探究二
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探究一
探究二
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探究一
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探究一
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探究一
探究二
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变式训练2(双选)已知某有机化合物A的红外光谱和核磁共振氢谱图如下图所示,下列说法中不正确的是( )
探究一
探究二
探究三
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A.由红外光谱可知,该有机化合物中至少有三种不同的化学键
B.由核磁共振氢谱图可知,该有机化合物分子中有四种不同的氢原子
C.仅由其核磁共振氢谱图无法得知其分子中的氢原子总数
D.若A的化学式为C2H6O,则其结构简式为CH3—O—CH3
探究一
探究二
探究三
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答案:BD
解析:由红外光谱可知,该有机化合物中至少有C—H、O—H、C—O三种不同的化学键,故A正确;由核磁共振氢谱图可知,该有机化合物有三种不同的氢原子,故B错误;根据核磁共振氢谱图中峰的个数和面积可知其氢原子种类和数目比,但无法得知其分子中的氢原子总数,故C正确;若A的化学式为C2H6O,根据红外光谱分析其中化学键种类至少有C—H、O—H、C—O,根据核磁共振氢谱得知其氢原子种类有3种,则其结构简式应为CH3CH2OH,故D错误。
探究一
探究二
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有机化合物中常见官能团的检验
问题探究
乙醇、乙醛、乙酸、苯酚分别含有哪些官能团?如何通过官能团性质来鉴别乙醇、乙醛、乙酸、苯酚?
提示:乙醇、乙醛、乙酸、苯酚含有的官能团分别为—OH、—CHO、—COOH、酚羟基。通过官能团检验这四种物质的方法和操作步骤如下:
步骤Ⅰ:向盛这4种溶液的试管中分别加入新制的氢氧化铜悬浊液,其中试管中溶液变澄清且为蓝色,则对应的物质为乙酸;
步骤Ⅱ:对剩余的3支试管进行加热,试管中产生砖红色沉淀的对应的物质是乙醛;
步骤Ⅲ:向另外两支试管中分别加入FeCl3溶液,其中溶液显紫色的对应的物质是苯酚;则剩余的是乙醇。
探究一
探究二
探究三
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深化拓展
有机化合物的检验与鉴别的常用方法
(1)利用有机化合物的溶解性
通常是加水检验,观察其是否能溶于水。例如,用此法可以鉴别乙酸与乙酸乙酯、乙醇与氯乙烷、甘油与油脂等。
(2)利用液态有机化合物的密度
观察不溶于水的有机化合物在水中浮沉情况可知其密度相对于水的密度的大小。例如,用此法可鉴别硝基苯与苯、四氯化碳与1-氯丁烷。
(3)利用有机化合物的燃烧情况
如观察是否可燃(大部分有机化合物可燃,四氯化碳和多数无机物不可燃);燃烧时黑烟的多少(可区分乙烷、乙烯和苯)。
探究一
探究二
探究三
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(4)利用有机化合物中官能团的性质
思维方式:官能团→性质→检验方法的选择。
常见有机化合物的鉴别或检验:
物质
试剂或方法
现象与结论
饱和烃与
不饱和烃
加入溴水或酸性KMnO4溶液
使溶液褪色的是不饱和烃
苯与苯的
同系物
加酸性KMnO4溶液
使酸性KMnO4溶液褪色的是苯的同系物(与苯环直接相连的碳原子上有氢原子)
醛
加银氨溶液(加热);加新制Cu(OH)2悬浊液(煮沸)
有银镜生成;煮沸后有砖红色沉淀生成
醇
加入活泼金属钠
有气体放出
探究一
探究二
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物质
试剂或方法
现象与结论
羧酸
加紫色石蕊溶液;加Na2CO3溶液
溶液显红色;有气体逸出
酯
闻气味;加稀氢氧化钠溶液
有水果香味(低级酯);检验水解产物
酚
加FeCl3溶液;加溴水
溶液显紫色;有白色沉淀生成
探究一
探究二
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素能应用
典例3(2020山东济南章丘第四中学高二月考)下列实验设计所得结论可靠的是( )
A.将电石与水反应产生的气体通入酸性KMnO4溶液中,使溶液褪色的一定是乙炔
B.将溴乙烷与NaOH的乙醇溶液共热产生的气体通入酸性KMnO4溶液中,使溶液褪色的一定是乙烯
C.将溴乙烷与NaOH的乙醇溶液共热产生的气体通入溴水中,使溴水褪色的一定是乙烯
D.将苯、液溴、铁粉混合物反应产生的气体通入AgNO3溶液中有淡黄色沉淀产生,说明有HBr生成
探究一
探究二
探究三
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答案:C
解析:生成的乙炔中可能混有硫化氢气体,硫化氢具有还原性,则气体通入酸性KMnO4溶液中,使溶液褪色的不一定是乙炔,选项A错误;乙醇易挥发,且能被酸性高锰酸钾溶液氧化,不能排除乙醇的影响,应先通过水除去乙醇,选项B错误;溴乙烷与NaOH的乙醇溶液共热发生消去反应生成乙烯,只有乙烯使溴水褪色,则溶液褪色说明有乙烯生成,选项C正确;苯和液溴的反应中,挥发出的单质溴进入AgNO3溶液反应产生淡黄色沉淀,干扰了检验结果,选项D错误。
探究一
探究二
探究三
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变式训练3(2020重庆九校联盟高二联考)下列鉴别方法不可行的是( )
A.用燃烧法鉴别乙醇、苯和四氯化碳
B.用酸性高锰酸钾溶液鉴别苯、己烯和己烷
C.用水鉴别乙醇、溴苯和甲苯
D.用碳酸钠溶液鉴别乙酸、乙醇和乙酸乙酯
答案:B
解析:乙醇燃烧有淡蓝色火焰,苯燃烧冒浓烟,四氯化碳不燃烧,现象不同,可鉴别,故A可行;苯、己烷均与高锰酸钾不反应,分层现象相同,不能检验,故B不可行;乙醇与水互溶,甲苯与水混合后有机层在上层,溴苯与水混合后有机层在下层,则现象不同,可鉴别,故C可行;乙醇与碳酸钠溶液互溶,乙酸与碳酸钠溶液反应生成气体,乙酸乙酯与碳酸钠溶液分层,现象不同,可鉴别,故D可行。
探究一
探究二
探究三
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探究一
探究二
探究三
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1.(2020江西赣州高二线上检测)能够测定分子结构和化学键的方法是( )
①质谱 ②红外光谱 ③紫外光谱 ④核磁共振
A.①②
B.③④
C.②
D.①④
答案:C
解析:质谱仪可以测定分子的相对分子质量(质荷比最大处);红外光谱可以测定物质所含的化学键及官能团;核磁共振可以反映等效氢的个数及比值关系。
探究一
探究二
探究三
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2.(2020河北沧州一中高二直播课堂检测)CH3CH2OH和H3C—O—CH3互为同分异构体,将两种物质分别放在下列检测仪上进行检测,显示出的信号完全相同的是( )
A.李比希元素分析仪
B.红外光谱仪
C.核磁共振仪
D.质谱仪
探究一
探究二
探究三
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答案:A
解析:李比希元素分析仪主要用于分析有机化合物中元素的组成,CH3CH2OH和CH3OCH3互为同分异构体,所以二者的元素组成完全相同,二者在李比希元素分析仪中显示出的信号完全相同,A正确;红外光谱仪用于测定有机化合物分子中所含的基团,CH3CH2OH和CH3OCH3所含基团不完全相同,所以红外光谱仪显示的信号不完全相同,B不正确;核磁共振仪用于测定有机化合物分子中氢原子的种类,CH3CH2OH和CH3OCH3中前者含三种氢原子,后者含一种氢原子,所以二者的核磁共振氢谱所显示的信号不相同,C不正确;质谱仪是用高能电子流等轰击样品分子,使该分子失去电子变为带正电荷的分子离子和碎片离子。这些不同离子具有不同的质量,质量不同的离子在磁场的作用下到达检测器的时间不同,其结果为质谱图,CH3CH2OH和CH3OCH3的结构不同,质谱图显示出的信号不完全相同,D不正确。
探究一
探究二
探究三
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3.某化合物6.4
g在氧气中完全燃烧,只生成8.8
g
CO2和7.2
g
H2O。下列说法正确的是( )
A.该化合物仅含碳、氢两种元素
B.该化合物中碳、氢原子个数比为1∶8
C.无法确定该化合物是否含有氧元素
D.该化合物中一定含有氧元素
探究一
探究二
探究三
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答案:D
探究一
探究二
探究三
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4.(2020安徽安庆高二期末)在核磁共振氢谱中出现两组峰,且吸收峰面积之比为3∶1的化合物是( )
答案:A
探究一
探究二
探究三
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探究一
探究二
探究三
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5.(2020吉林白城通榆县第一中学高二月考)1
mol仅含C、H、O三种元素的有机化合物A在稀硫酸中水解生成1
mol
B和1
mol
C,B分子中N(C)∶N(H)=4∶5,135(1)C的分子式为 。?
(2)B的分子具有高度对称性,苯环上的一氯取代物只有一种。B能与金属Na反应但不能与NaOH反应。写出B的结构简式: 。?
(3)C有多种同分异构体,其中含苯环的酯类的同分异构体有
种。?
探究一
探究二
探究三
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解析:有机化合物A在稀硫酸中水解生成1
mol
B和1
mol
C,且B的分子具有高度对称性,苯环上的一氯取代物只有一种,说明B的苯环上有1种H原子,则B的取代基应相同,且分子对称,B能与金属Na反应但不能与NaOH反应,说明B中含有醇羟基,则C为酸,则有Mr(B)+Mr(C)=Mr(A)+Mr(H2O),B中含有苯环,则C原子数应大于6,设B中含有8个C,则含有10个H,因结构对称,则至少含有2个—OH;如含有2个O,则相对分子质量为8×12+10+2×16=138,则符合135探究一
探究二
探究三
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